蘇云金芽胞桿菌等微生物對(duì)環(huán)境中毒性金屬的固定轉(zhuǎn)化作用研究.pdf

1、從亞微觀角度研究并揭示微生物與毒性金屬相互過(guò)程中的生物與化學(xué)等方面微觀機(jī)理，有利于在更深刻地認(rèn)識(shí)生物處理毒性金屬污染的本質(zhì)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，發(fā)展出更為成熟高效的生物去除毒性金屬污染及其回收利用技術(shù)。本研究以污染位點(diǎn)分離得到的非病原菌（蘇云金芽胞桿菌、蠟狀芽胞桿菌和枯草芽胞桿菌等細(xì)菌）為研究對(duì)象，探討它們?cè)谂c毒性金屬相互作用過(guò)程中的微觀變化及其對(duì)毒性金屬固定轉(zhuǎn)化機(jī)制，利用廉價(jià)的培養(yǎng)基對(duì)細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)并用于后續(xù)毒性金屬處理。
　　通過(guò)研究發(fā)

2、現(xiàn)：（1）從新疆鈾礦污染位點(diǎn)分離得到的2株蘇云金芽胞桿菌對(duì)毒性金屬鈾具有很好的耐受和吸附能力，最大的吸附容量大于400 mg U/g干菌。X射線粉末衍射（XRD）、原子力顯微鏡（AFM）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）和傅立葉紅外變換光譜（FT-IR）等研究結(jié)果表明，在無(wú)外加營(yíng)養(yǎng)源的條件下，細(xì)菌能夠利用表面的磷酸、-CH2和酰胺類官能團(tuán)介導(dǎo)U(Ⅵ)形成無(wú)定型的針狀含鈾化合物，并且在固定的過(guò)程中鈾仍以U(Ⅵ)的形式存在。隨著時(shí)間的

3、延長(zhǎng)，吸附在細(xì)胞上的無(wú)定型鈾化合物將逐漸進(jìn)入到細(xì)胞的內(nèi)部，并且形成具有很好晶型的磷銨鈾礦。此外，研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)對(duì)鈾的固定能力要強(qiáng)于細(xì)胞碎片，表明磷銨鈾礦的形成可能是由于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)豐富的磷酸或者其它的有機(jī)質(zhì)導(dǎo)致的晶化；
　　（2）課題組成員前期的研究表明枯草芽胞桿菌的浮游細(xì)胞和生物膜對(duì)毒性金屬鉻的還原和固定能力具有很大的差異。進(jìn)一步通過(guò)電鏡觀察及價(jià)態(tài)分析等探討細(xì)菌與鉻相互作用過(guò)程中的微觀機(jī)制及造成差異的原因，TEM研究表明與100 m

4、g/L鉻作用120 h后，浮游細(xì)胞的細(xì)胞壁變得模糊不完整，并且在細(xì)胞的內(nèi)部都有Cr信號(hào)，然而生物膜細(xì)胞的結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯的變化，在細(xì)胞的內(nèi)部無(wú)Cr信號(hào)。此外，X-射線光電子能譜（XPS）的結(jié)果則表明被浮游細(xì)胞和生物膜固定的鉻均以三價(jià)鉻的形式存在?；谝陨系难芯空J(rèn)識(shí)，提出聯(lián)合利用浮游細(xì)胞和生物膜對(duì)10-L含鉻電鍍廢水中的鉻實(shí)現(xiàn)完全的還原和固定，處理后的鉻濃度達(dá)到國(guó)家廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)（總鉻濃度≦1.5 mg/L）。同時(shí)被固定的鉻能夠以Cr2O3的

5、形式被回收；
　?。?）以福建屏南毒性金屬位點(diǎn)分離的蠟狀芽胞桿菌為例，研究其對(duì)毒性金屬鎳的固定機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該菌對(duì)鎳的固定為快速的過(guò)程，在2 h時(shí)吸附達(dá)到平衡，對(duì)鎳的吸附量為17.7 mg/g（干菌）。此外，電鏡觀察（AFM、SEM和TEM）、破碎實(shí)驗(yàn)、FT-IR和XRD分析結(jié)果表明，吸附以胞外固定為主，同時(shí)酰胺類和羧化類官能團(tuán)參與了鎳的固定，并且被固定在細(xì)菌上的鎳是以無(wú)定型的形式存在；
　?。?）為了降低細(xì)菌在處理毒性金屬

6、中的成本以及增加實(shí)際應(yīng)用的可能性，本文使用豆腐廢水作為微生物的廉價(jià)培養(yǎng)基，并將培養(yǎng)好的微生物應(yīng)用于實(shí)際電鍍廢水中鉻、鎳等毒性金屬的去除。研究發(fā)現(xiàn)蠟狀芽胞桿菌和人蒼白桿菌在稀釋的豆腐廢水中就能很好的生長(zhǎng)，表明豆腐水能夠提供細(xì)菌生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。此外，在添加了糖渣浸出液的豆腐廢水且pH值為7.5時(shí)為細(xì)菌的最適宜生長(zhǎng)條件。進(jìn)一步的研究則表明在最佳條件下分別生長(zhǎng)的蠟狀芽胞桿菌和人蒼白桿菌，對(duì)初始濃度分別為214 mg/L和367 mg/L的含